DE102008048578A1

DE102008048578A1 - Measuring device and method of measurement

Info

Publication number: DE102008048578A1
Application number: DE200810048578
Authority: DE
Inventors: Roland Krüger; Horst Weiss; Bernhard Himmelhan
Original assignee: Asentec GmbH
Current assignee: Asentec GmbH
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-03-25
Also published as: EP2329241B1; WO2010034291A1; EP2329241B8; EP2329241A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Drücken beliebiger Medien in Verformkörpern, wobei in ein zylindrisches Rohr (1) ein Schlitz (3) in Längsrichtung eingebracht wird und die Aufweitung des Rohres (1) in Abhängigkeit von der Schlitztiefe/Geometrie erfasst wird (Fig. 1).Proposed is a device and a method for measuring pressures of any media in deformed bodies, wherein in a cylindrical tube (1) a slot (3) is introduced in the longitudinal direction and the expansion of the tube (1) is detected as a function of the slot depth / geometry (Fig. 1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung sowie ein Verfahren zum Messen wenigstens einer Messgröße, insbesondere von Druck von Medien.The The invention relates to a measuring device and a method for Measuring at least one measured variable, in particular from printing by media.

In der Messtechnik werden zur Erfassung von Messgrößen prozessnah installierte Messsysteme verwendet, die jeweils direkt an dem Mediumsbehälter oder einer Zuführung angebracht sind. Zum Erfassen der jeweiligen Messgrößen weisen Messsysteme jeweils einen entsprechenden Messaufnehmer auf, der in den Verlauf einer Medium führenden Prozessleitung eingesetzt ist und der dazu dient, wenigstens ein die primär erfasste Messgröße möglichst genau repräsentierendes, insbesondere elektrisches, Messsignal zu erzeugen. Dafür ist der Messaufnehmer üblicherweise mit einem in den Verlauf der jeweiligen Prozessleitung, dem Führen von strömendem Medium dienenden Messrohr sowie eine entsprechende physikalisch-elektrische Sensoranordnung ausgestattet. Diese wiederum weist wenigstens ein primär auf die zu erfassende Messgröße oder auch Änderungen derselben reagierendes Sensorelement auf, mittels dem im Betrieb wenigstens ein von der Messgröße entsprechend beeinflusstes Messsignal erzeugt wird.In of the measuring technology become for the acquisition of measured quantities used process-related measuring systems, each directly attached to the media container or a feeder are. For detecting the respective measured variables Measuring systems each have a corresponding sensor, the used in the course of a medium-leading process management is and that serves, at least one of the primary recorded Measurand as accurately as possible, in particular to generate electrical, measuring signal. Therefore the sensor is usually one in the course the respective process line, the guiding of flowing medium serving measuring tube and a corresponding physical-electrical Sensor arrangement equipped. This in turn has at least one primary on the measured variable or changes the same reacting sensor element, by means of the in operation at least one of the measured quantity influenced measuring signal is generated.

Die bekannten Messsysteme benötigen häufig zur Messung von Messgrößen, insbesondere zum Messen von Drücken der durchströmenden Medien, Messaufnehmer, die in den Bereich innerhalb der Durchflusskörper eingreifen.The known measuring systems often require measurement of measured quantities, in particular for measuring pressures of the media flowing through, sensors in the area intervene within the flow body.

Bekannt ist ein „Verfahren zur nichtinvasiven Innendruckmessung in elastischen Gefäßen” ( DE 197 47 254 C2 ), bei dem ein Gefäß von außen durch Aufbringen einer Kraft verformt und eine Reaktionskraft gemessen wird, ohne dass die Gefäßoberfläche verändert werden muss noch eine Verbindung zwischen dem Gefäßinneren und der Messsensorik erforderlich ist. Danach wird rechnerisch die Relaxationsfunktion des Schlauches mit einer vorgegebenen Funkionsart, die vom verwendeten Material des Schlauches abhängig ist, ermittelt, deren Parameter aus den gemessenen Reaktionskräften errechnet werden.A "method for noninvasive internal pressure measurement in elastic vessels" is known (US Pat. DE 197 47 254 C2 ), in which a vessel is deformed from the outside by applying a force and a reaction force is measured without the vessel surface needs to be changed nor a connection between the vessel interior and the measurement sensor is required. Thereafter, the relaxation function of the hose is mathematically determined using a predetermined type of function, which depends on the material used for the hose, the parameters of which are calculated from the measured reaction forces.

Dabei fließen jedoch außer dem Druck auch andere Werte, wie z. B. die Temperatur, in die Messungen mit ein.there however other values flow apart from the pressure, such as As the temperature, in the measurements with.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and its advantages

Die Erfindung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie das Verfahren gemäß dem Nebenanspruch 12 hat dahingegen den Vorteil, dass die Messvorrichtung ein Messkörper zur Erfassung von Druck beliebiger Medien in der Ausgestaltung eines Verformkörpers ist, dessen Wandstärke speziell geschwächt ist. Es handelt sich daher in einer vorteilhaften Ausgestaltung um einen Dehnring-Drucksensor, der in seiner einfachsten Ausführung aus einem zylindrischen Rohr besteht, das einen Schlitz in Längsrichtung besitzt. Allerdings sind alle geometrischen Formen als Ausführung für diesen Messkörper denkbar. Dieser Messkörper ist als intrinsischer Sensor ausgestaltet. Der Druck wird in bar, kp/mm², PSI, etc. gemessen.The invention according to the features of the main claim 1 and the method according to the independent claim 12, however, has the advantage that the measuring device is a measuring body for detecting pressure of any media in the embodiment of a deformed body whose wall thickness is specifically weakened. It is therefore in an advantageous embodiment of a strain-ring pressure sensor, which consists in its simplest embodiment of a cylindrical tube having a slot in the longitudinal direction. However, all geometric shapes are conceivable as a design for this measuring body. This measuring body is designed as an intrinsic sensor. The pressure is measured in bar, kp / mm ² , PSI, etc.

Dabei wird vorzugsweise nicht die Aufweitung des Rohres erfasst, sondern im speziellen die Aufweitung des Schlitzes. Dabei ergibt sich eine von der Schlitztiefe abhängige Verstärkung der Aufweitung. Der geschwächte Bereich selbst kann unterschiedlich geformt ausgestaltet sein, beispielsweise in V-Form, als orthogonale bzw. U-förmige Nut, als angeschnittene Bohrung oder mit einem als Kreisabschnitt ausgebildeten Querschnitt o. ä.there Preferably, not the expansion of the tube is detected, but in particular, the widening of the slot. This results in a slot depth dependent gain of Expansion. The weakened area itself can be different be formed shaped, for example in V-shape, as orthogonal or U-shaped groove, as a cut hole or with a trained as a circular section cross section o. Ä.

Die Erfassung der druckabhängigen Aufweitung wird mit beliebigen Messprinzipien bzw. Messverfahren erfasst, beispielsweise mittels Längenmessung, optischer Längenmessung, mit Dehnmessstreifen, oder kapazitiv. Die Konfiguration des Messkörpers kann mehrfach hintereinander angewendet werden, beispielsweise in Längsrichtung der Strömung des Mediums als Differenzdruckmessung an mindestens zwei Messstellen.The Detection of the pressure-dependent expansion is with any Measuring principles or measuring method detected, for example by means of Length measurement, optical length measurement, with strain gages, or capacitive. The configuration of the measuring body can be applied several times in a row, for example in the longitudinal direction the flow of the medium as a differential pressure measurement at least two measuring points.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Anwendung als Blutdruckmessgerät oder Einmalsensor in der Medizintechnik, aber auch zur hochdynamischen Druckmessung direkt in Düsen, beispielsweise beim Spritzgießen. Dabei kann der Messkörper in einem Verbindungsteil einer bestehenden Maschine nachgerüstet werden, z. B. bei der Messung von Hydraulikdruck.To an advantageous embodiment of the invention, the application is carried out as a sphygmomanometer or disposable sensor in medical technology, but also for highly dynamic pressure measurement directly in nozzles, for example, in injection molding. In this case, the measuring body retrofitted in a connecting part of an existing machine be, for. B. in the measurement of hydraulic pressure.

Vorteilhaft ist, dass der Messkörper nicht invasiv arbeitet, d. h. dass kein in das Medium hineinragender Sensor vorhanden ist, der die glatten Innenflächen des Durchflusskörpers beeinträchtigt. Dabei kann die Medium führende Bohrung an die Form des Flusskanals adaptiert werden, so dass kavitative Formen weitergeführt werden. Dadurch können schlitzförmige Querschnitte von Durchflusskörpern wie auch querschnittsverengende oder -erweiternde Formen sowie Kombinationen aller Ausführungen realisiert werden.Advantageous is that the measuring body is non-invasive, d. H. that no protruding into the medium sensor is present, the the smooth inner surfaces of the flow body impaired. This can be the medium leading Bore be adapted to the shape of the flow channel, so that cavitative Shapes are continued. This can be slit-shaped Cross sections of flow bodies as well as cross-sectional narrowing or -weitweiternde forms and combinations of all versions will be realized.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Messkörper ein integraler Bestandteil des Medien führenden Systems, also beispielsweise die Medienzuleitung oder die Düse, beispielsweise einer Spritzgießmaschine, selbst.To An advantageous embodiment of the invention is the measuring body an integral part of the media-leading system, So for example the media supply or the nozzle, for example, an injection molding machine, itself.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous Ausgestal tions of the invention are the following description, the drawings and claims removed.

Zeichnungendrawings

1 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr. 1 shows a cross section through a pipe.

In 2 ist die Aufweitung der nutförmigen Aussparung und die Verformung des Rohres dargestellt.In 2 the expansion of the groove-shaped recess and the deformation of the tube is shown.

3 zeigt die Deformation des Querschnitts A bei einem Innendruck von 500 bar in 100-fach überhöhter Darstellung nach einer FEM Analyse. 3 shows the deformation of the cross section A at an internal pressure of 500 bar in 100-fold inflated representation after a FEM analysis.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr 1 mit einer nahezu kreisrunden Innenform 2 sowie einer nutförmigen Aussparung 3 im Außenumfang 4 des Rohres. 1 shows a cross section through a pipe 1 with a nearly circular inner shape 2 and a groove-shaped recess 3 in the outer circumference 4 of the pipe.

In 2 ist dieses Rohr 1, bei dem die nutförmige Aussparung 3 im Außenumfang 4 aufgeweitet ist, dargestellt, wobei durch die Aufweitung eine Verformung der kreisrunden Innenform 2 hin zu einer ellipsoiden Innenform 5 erfolgt und die beiden außen liegenden Begrenzungen 6 der nutförmigen Aussparung 3 auseinandergedrückt werden.In 2 is this pipe 1 in which the groove-shaped recess 3 in the outer circumference 4 is expanded, shown by the expansion of a deformation of the circular inner shape 2 towards an ellipsoidal inner shape 5 takes place and the two outer boundaries 6 the groove-shaped recess 3 be pressed apart.

3 zeigt die Deformation des Querschnitts A des Rohres 1 bei einem Innendruck von 500 bar in 100-fach überhöhter Darstellung. Dabei wird der Punkt F in während einer Versuchsreihe ermittelten Werte um 0.0304 mm in y-Richtung verschoben, was bezogen auf die halbe Nutbreite von 5 mm einer Dehnung von 6100 ppm entspricht. Die Spannungen liegen bei ihren Maximalwerten von 623 MPa über der angepeilten Maximalspannung von 250 MPa, wobei dabei eine wesentlich höhere Dehnung als notwendig ist, vorliegt. Daher ist eine Restwandstärke optimal, die eine Form ermöglicht, die innerhalb des Bereiches von über 1300 ppm Dehnung und einer Maximalspannung von unter 250 MPa liegt. 3 shows the deformation of the cross section A of the tube 1 at an internal pressure of 500 bar in a 100-fold inflated representation. In this case, the point F in values determined during a test series is shifted by 0.0304 mm in the y-direction, which corresponds to an elongation of 6100 ppm in relation to half the groove width of 5 mm. The stresses are at their maximum values of 623 MPa above the targeted maximum stress of 250 MPa, whereby a much higher strain than necessary is present. Therefore, a residual wall thickness is optimal, allowing a shape that is within the range of over 1300 ppm elongation and a maximum stress of less than 250 MPa.

So lassen sich für die Dehnungen in Bezug zur Maximalspannung für die einzelnen Querschnitte folgende Kennwerte (in ppm/MPa) ermitteln:

Querschnitt A: (6100 ppm/623 MPa): 4.8
Querschnitt B: (6580 ppm/619 MPa): 9.8
Querschnitt C: (1700 ppm/212 MPa): 10.6
Querschnitt D: (14500 ppm/969 MPa): 8.0
Querschnitt E: (4080 ppm/204 MPa): 20.0

For example, the following characteristic values (in ppm / MPa) can be determined for the strains in relation to the maximum stress for the individual cross sections:

Section A: (6100 ppm / 623 MPa): 4.8
Section B: (6580 ppm / 619 MPa): 9.8
Cross section C: (1700 ppm / 212 MPa): 10.6
Cross-section D: (14500 ppm / 969 MPa): 8.0
Cross-section E: (4080 ppm / 204 MPa): 20.0

Diese Werte sind lediglich beispielhaft und beziehen sich auf die Ausführungsbeispiele in dieser Versuchsreihe, die durchgeführt wurde, um Werte zur optimalen Spannungsverteilung bei geeigneter Wandstärke zur Messung der Drücke der Durchflussmedien zu ermitteln.These Values are merely exemplary and relate to the embodiments in this series of experiments, which was conducted to values for optimum stress distribution with suitable wall thickness to measure the pressures of the flow media.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the Drawing illustrated features can both individually as well as in any combination essential to the invention essential to the invention be.

11: Rohrpipe
22: Innenforminterior shape
33: Aussparungrecess
44: Außenumfangouter periphery
55: Innenforminterior shape
66: Begrenzunglimit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19747254 C2 [0004]

Claims

Device for measuring the pressure of media in hollow bodies, consisting of a deformed body ( 1 ) whose wall thickness along the deformation of at least one weakened area ( 3 ) having.

Device according to claim 1, characterized, that the hollow body is a flow body and / or a Supply line and / or an adapter and / or a nozzle.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one weakened area ( 3 ) is slot-shaped.

Device according to claim 1, characterized, that the deformed body radially at least two weakened Has areas.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the deformed body a cylindrical tube ( 1 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the expansion depends on the depth of the weakened area ( 3 ).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the slot-shaped weakened area ( 3 ) Is V-shaped.

Device according to claim 1, characterized in that the weakened area ( 3 ) is a groove.

Device according to claim 1, characterized in that the weakened area ( 3 ) is a truncated hole.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of measuring points in the longitudinal direction of the flow of the medium on the deformed body ( 1 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, thereby in that the device can be retrofitted for measurement as a kit designed for use in machines.

Device according to claim 1, characterized in that the weakened area ( 3 ) has a shape adapted to the flow channel.

Device according to claim 1, characterized, that the device for measuring integral part of the media leading System itself is.

Method for measuring the pressure of media in hollow bodies, in which the widening of at least one weakened area ( 3 ) is determined by length measurement.

A method according to claim 14, characterized in that at least two weakened areas ( 3 ) Differential pressure measurements are carried out at at least two measuring points in the longitudinal direction of the flow of the medium.

Method according to claim 14 or 15, thereby in that the method by means of optical length measurement is carried out.

Method according to claim 14 or 15, thereby in that the method using strain gauges is carried out.

Method according to claim 14 or 15, characterized characterized in that it is carried out capacitively.